​眼見為實？別被冥王星騙了

2020-10-20 星空天文

冥王星山頂積雪之謎。

「逆光」拍攝的冥王星，可以看到那裡有許多高山。這些高山的主要成分是硬度極高的水冰。NASA / JHUAPL / SwRI

高山頂部的積雪，我們已經習以為常。在地球上，隨著海拔的上升，氣溫會逐漸下降。因此沿山坡上升氣流中的水汽會因受冷而凝結。

但在2015年飛掠冥王星的「新視野」號探測器發回的照片中，我們驚訝地發現，冥王星上也有山頂積雪。讓人直呼兩個相隔遙遠、差異很大的天體看起來竟然也如此相似。

冥王星赤道附近「克蘇魯」區的山頂「積雪」（左），和地球阿爾卑斯山山頂的積雪（右）。隱藏在相似地貌背後的，是兩種截然不同的成因。NASA / 約翰霍普金斯大學應用物理實驗室 / 西南研究所 / Thomas Pesquet / ESA

但是實際上，在相似的地貌背後，卻有著截然不同的成因。

近日《自然：通訊》雜誌上的一篇論文，闡述了冥王星高山積雪的形成機制。

首先，冥王星高山頂部的「積雪」並不是水冰凝結而成的雪，而是固態的甲烷。

其次，冥王星的大氣極為稀薄，無法保留足夠多的熱量，氣溫不會隨海拔下降。相反，在冥王星上，海拔越高溫度也越高。在這裡，太陽輻射起著主導作用。因此，地球高山頂部積雪的形成機制在冥王星上是不適用的。

事實上，由於冥王星大氣的溫度會隨海拔而上升，需要吸收熱量才能保持氣態的甲烷氣體，也主要集中在冥王星大氣的上部。而冥王星大氣下部則普遍處於低溫狀態。

在冥王星上，越接近表面，空氣的密度就越大。這導致冥王星上的空氣會始終傾向於下沉。這種下沉受冥王星表面氮冰升華的影響，帶有季節性。氮冰升華得越多，底層空氣就越冷，密度就越大，下沉就越明顯。

而也正是因為這種「下沉」，導致空氣中的甲烷，因過飽和而在冥王星高山上部凝結，形成「雪」。

「積雪」的出現則會把更多的太陽輻射反射回太空，導致冥王星大氣上部的溫度下跌，引來更多的甲烷雪。

地球山頂積雪的成因和冥王星山頂積雪的成因是不同的。Tanguy Bertrand

冥王星山頂積雪的形成機制表明，雖然冥王星在一些方面和地球很像，但這很可能只是表象。

為了更加深入地研究這個令人著迷的矮行星，科研人員已經在設想，未來能夠向冥王星發射環繞其飛行的軌道器，甚至是著陸器。

參考
The Mountains of Pluto Are Snowcapped, But Not for the Same Reasons as on Earth
http://www.cnrs.fr/en/mountains-pluto-are-snowcapped-not-same-reasons-earth
Equatorial mountains on Pluto are covered by methane frosts resulting from a unique atmospheric process
https://www.nature.com/articles/s41467-020-18845-3

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